专利名称：一种旋腔式超高精度激光陀螺技术的制作方法
技术领域：
本发明属于激光技术及应用。
特别适用于堪探、航海、航空、航天等高精度要求的应用领域。目前国内外同类技术大体分两类一类是机械式，另一类是激光式。其中机械式又分为轴承式、悬浮式和振动式，机械式陀螺采用角动量守恒原理或惯性矢量守恒;目前的激光式陀螺则是利用环形谐振腔中双向激光束的频率差，并通过不同的鉴频技术进行测量量转换。总体来看，机械式陀螺有启动时间较长，寿命较短，性能较差等缺点。目前的激光陀螺虽寿命较长，启动时间短，但漂移和灵敏度等指标较机械陀螺无明显改进，且成本较高，不易调整，仍不能完全满足高精度技术的需要。
本发明的目的就在于解决已有技术的不足之处，在中国专利申请第91104933.9号的基础上采取旋腔式结构，消去其大部分系统误差，较大的改善了综合性能，特别适合应用于堪探，航海、航空、航天等高精度要求的应用领域。
本发明的技术关键就在于直接利用光的玻印延矢量定向，通过把激励后的激光介质发出的以激光介质轴为中心的散射光，先经与激光介质同轴的介质光盘，又经与激光介质同轴的环形反射腔上某一直径端点处的小面积高反射率区增益，谐振，启动生成稳定的激光束后，或由外来光束激励均匀的非线性吸光涂层及激励掺入吸光介质的某一谐振通道实现启动，再由环形反射腔及介质光盘继续维持激光束的谐振，并使激光谐振腔绕自身的对称轴旋转，形成与激光谐振腔以激光介质为轴心转动无关的定向激光束。使激光谐振腔绕其对称轴旋转的原因在于;由加工误差所产生的趋势性漂移，有顺时针的，有逆时针的，而根据圆周上误差的微分几何特点。当使激光谐振腔绕其对称轴旋转时，这些旋转向相反的趋势漂移刚好呈相互抵消的趋势，结果使绝大部分趋势漂移被消除。
利用在环形反射腔上，涂有非线性吸光涂层的内反射面上某一直径两端的一个或两个小面积高反射率区实现启动，由于小面积高反射率区较非线性吸光涂层有高的反射率，在启动过程中沿该方向的增益最大，稳定的激光束应首先在该直径方向上产生。激光谐振一旦启动，就会在腔内的物理规律的制约下，激光束的反射端会自发的扩展成一定的宽度并很快稳定。稳定后的激光束反射端的面积要远大于小面积高反区的面积。在工作状态下，小面积高反射率区对激光谐振主方向的影响可忽略不计。实现启动的另两种较佳的方法是其一是利用外来光在启动的瞬间激励均匀的吸光涂层，实现在某选定方向上的启动。其二是取消吸光涂层，将吸光材料均匀的掺入激光束通道的介质中，在启动的瞬间利用外来光激励激光腔的某一直径区域，实现在该方向上的启动。
利用光栅状的环形反射腔，也是该原理下的一种实现方式，利用该方式可在较大的程度上放宽对加工精度的要求。
通过改变激光谐振腔内，气体的真空度或改变其内部的气体种类及配比，来调整微小的光程改变可获得理想的调谐频率，使焦点尽可能精确的落在环形反射腔的反射面上，并在整体设计上通过合理的选材来获得最佳的温度稳定性。
本发明的其它主要设计思想是1、激光谐振腔由一个微型电机带动，电机也可以和激光谐振腔一体化，如选取匀角速度旋转方式，在控制中应尽量做到使激光谐振腔相对于激光束的主方向的角速度保持不变。
2、固定在激光谐振腔及外壳上的脉冲拾取传感器及信号源，可使用一些光电及磁电采料(如光电导，金属膜，霍耳元件等)。
3、扫描脉冲的引出可通过与激光谐振腔相接触的电刷，也可通过无接触式的引出方法引出(如旋转变压器)。
由于采用了以上设计方案本发明技术相对已有技术具有以下特点1、采用旋腔式消误差方法，使趋势漂移的绝大部分被消除，并具有良好的温度稳定性。
2、具有较低的综合成本。
下面结合附图
对本发明技术的一个较佳实施例进行进一步说明[图一]旋腔式超高精度激光陀螺结构原理示意图[图二]激光谐振腔体内几何光路府视图[图三]激光谐振腔体内几何光路侧视图[图四]环形谐振腔构造示意图[图五]扫描脉冲示意图[图六]在激光谐振腔体部位沿垂直于轴向剖面示意图基本工作过程1激光束的产生及稳定如[图二]当激光介质(8)通电受激后，沿轴向看来，介质光盘(7)可使激光介质(8)发出的平行散射光汇聚于环形反射腔(11)的反射面上。[图三]所示;沿垂直于轴的方向来看，可使散射光近似平行的投射到环形反射腔(11)的反射面上。由于环形反射腔(11)某一直径两端的吸光介质涂层上有两个小面积高反射率区(6)如[图四]所示。因而谐振应首先在该直径方向上产生。激光谐振一旦启动，就会在激光谐振腔(1)内的物理规律的制约下，激光束(14)的反射端会自发的扩展为一定的宽度并很快稳定。稳定后的激光束(14)反射端的面积要远大于小面积高反射率区(6)的面积，因而工作状态下小面积高反射率区(6)对激光束主方向的影响可忽略不计。该主方向与激光谐振腔体(1)绕对称轴的转动无关，如[图一]所示(详见中国专利申请第91104933.9)。
2测量方式及输出激光束相对于惯性空间角位移的确定是通过固定在激光谐振腔体(1)外壁上的一个脉冲拾取传感器(2)来实现，如[图六]所示。当激光谐振腔体(1)旋转时脉冲拾取传感器(2)所拾取的脉冲信号分为两部分;一部分是信号源脉冲(12)，产生于固定在壳体(4)上的四个信号源(3);另一部分是激光束脉冲(13)，产生于激光束(14)，如[图一]所示。当陀螺(相当于环形谐振腔外的壳体(4)相对于惯性空间转动后，[图五]中的激光束脉冲(13)相对于信号源脉冲(12)的相对位置将发生变化。这一变化值可通过数字电子线路来处理，以转化成激光束脉冲(13)相对于信号源脉冲(12)的角位移。这一角位移量便是陀螺及载体相对于惯性空间的角位移。
3旋腔方式对误差的消除由于加工误差的存在，激光谐振腔(1)中各部位都可能一定因素的误差，由于圆周上误差的微分几何学特点，使得这些趋势性漂移有的是顺时针的，有的则是逆时针的。当使激光谐振腔体(1)在电机(5)的趋动下，绕其对称轴匀角速旋转时，这些旋向相反的趋势漂移刚好呈相互抵消的趋势，结果绝大部分趋势漂移被消除。剩余的少量趋势性漂移也将是一个极其稳定的常值，沿着一旋向旋时，可由导航计算机来处理。
4其它说明另外在总装前，通过改变激光谐振腔(1)内气室的真空度或变换气体的种类来使焦距及光程发生变化，并尽可能使焦点准确的落在环形反射腔(11)的反射面上。
权利要求
1.一种旋腔式超高精度激光陀螺技术，是直接利用光的玻印廷矢量定向，其特征就在于通过把受激后的激光介质发出的以激光介质轴为中心的散射光，先经与激光介质同轴的介质光盘，又经与激光介质同轴的环形反射腔上某一直径端点处的小面积高反射率区增益，谐振，启动生成稳定的激光束，或由外来光束瞬间照射某一谐振通道实现启动，再由环形反射腔及介质光盘继续维持激光束的谐振，并使激光谐振腔绕其对称轴旋转，形成与激光谐振腔以激光介质为轴心转动无关的定向激光束。
2.如权利要求1所述的旋腔式超高精度激光陀螺技术，其特征就在于激光介质的受激除用电流外也可以泵浦光的方法。
3.如权利要求1所述的旋腔式超高精度激光陀螺技术，其特征就在于环形反射腔的表面可以是光滑的反射面也可以是光栅反射面。
全文摘要
一种旋腔式超高精度激光陀螺技术，属于激光技术及应用领域。本发明是使用一种独特的方式，在激光束8矢量直接定向陀螺技术(参见中国专利申请第91104933.9号“超高精度激光陀螺技术及装置”)基础上，将激光谐振腔绕其对称轴旋转，使绝大部分漂移被消除，减化了电子线路部分，较大地改善了综合性能。可广泛应用于勘探、航海、航空、航天等高精度要求的应用领域。
文档编号G01C19/66GK1076022SQ92101248
公开日1993年9月8日 申请日期1992年3月3日 优先权日1992年3月3日
发明者吴小平 申请人:吴小平